等离子束表面冶金高硅涂层研究

摘要

本文在大量调研和理论分析的背景下，依据合金设计的原则，设计出Fe-Si系、Fe-Si-B系高硅涂层合金粉末，应用高能等离子束作为加热源，采用同步送粉方式，在Q235低碳钢基体上制备等离子束表面冶金高硅涂层。
　　论文探讨了等离子束表面冶金过程，它是一个快速非平衡结晶过程，随着等离子炬的移动，合金熔池的形成与凝固同时进行。合金粉末不断进入熔池内形成熔体而熔化；在熔池的后半部分，液态金属不断凝固结晶，因此可将表面冶金过程看作一个分阶段、连续反应的过程。详细分析了等离子束表面冶金熔池的凝固机理、凝固特征及对凝固组织的影响。
　　应用配有能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)，分析了Fe-Si系、Fe-Si-B系高硅涂层的显微组织特征、微区成分及物相组成；应用显微硬度计、振动样品磁强计(VSM)测试分析Fe-Si系、Fe-Si-B系高硅涂层的显微硬度和软磁性能，并探讨了涂层显微组织及合金元素含量对软磁性能的影响；最后应用TGA/DSC1同步热分析仪测试分析Fe-Si-B系高硅涂层的抗高温氧化性能，初步研究了涂层在100℃~1200℃空气中的程序控制升温氧化行为及机理。
　　结果表明：等离子束表面冶金Fe-Si系高硅涂层与基体无明显过渡，Fe-Si-B系高硅涂层与基体间产生明显过渡的白亮带平面晶组织，随着与基体距离的增大，从底层的粗大树枝晶过渡到表层的等轴晶和细小树枝晶组织。冶金层由α-Fe、Fe3Si、Fe5Si3、FeSi2、FeB、Fe5SiB2相组成。涂层硅含量、硼含量(<3.8％)越高，涂层显微组织越均匀细小、显微硬度值越高、软磁性能越好。等离子束表面冶金Fe-Si-B系高硅涂层硬度远高于基体，冶金层到基体的显微硬度分布与硅元素含量的分布一致，含硅15%，含硼3.8%的9＃试样次表层显微硬度最高926HV0.3，9#涂层矫顽力0.031KOe，最大比饱和磁化强度101emu/g、剩余比饱和磁化强度仅0.76emu/g，矩形比0.008，综合软磁性能最佳。9#和10#涂层氧化加剧起始温度分别为880℃、962℃。

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引 言

1文献综述

1.1表面改性技术

1.2表面涂层技术

1.3国内外研究现状

1.4本课题的提出及研究意义

2 试验材料及测试分析方法

2.1试验设备及性能参数

2.2试验材料

2.3试样的制备

2.4组织观察与成分分析

2.5显微硬度测试

2.6 软磁性能测试

2.7 TGA/DSC涂层抗高温氧化性能测试

3等离子束表面冶金高硅涂层专用粉末的研制

3.1粉末体系概述

3.2等离子束表面冶金高硅涂层合金设计

4等离子束表面冶金高硅涂层结晶过程研究

4.1结晶的一般规律

4.2等离子束表面冶金过程分析

4.3等离子束表面冶金凝固机理分析

4.4 本章小结

5 等离子束表面冶金高硅涂层组织、成分及物相分析

5.1等离子束表面冶金Fe-Si系高硅涂层组织形貌及物相分析

5.2等离子束表面冶金Fe-Si-B系高硅涂层组织、成分及物相分析

5.3本章小结

6 等离子束表面冶金高硅涂层性能研究

6.1等离子束表面冶金高硅涂层显微硬度分析

6.2等离子束表面冶金高硅涂层软磁性能研究

6.3等离子束表面冶金高硅涂层抗高温氧化性能研究

6.4本章小结

7 结论

致谢

参考文献

在学期间研究成果